علاج هيدروجيل مبتكر قائم على الببتيد للوقاية من الفيروسات

علاج هيدروجيل مبتكر قائم على الببتيد للوقاية من الفيروسات

وتظل اللقاحات هي المعيار الذهبي للحماية من مسببات الأمراض الخطيرة، ولكن تطويرها يتطلب الكثير من الوقت وموارد هائلة. يمكن للفيروسات سريعة التحور مثل SARS-CoV-2 أن تضعف فعاليتها وتجعلها غير ضرورية.

ولمعالجة هذه الثغرات، يقوم فريق متعدد الجامعات بقيادة فيفيك كومار من معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا بتطوير علاج هيدروجيل يعمل كخط دفاع أول ضد الفيروسات والتهديدات البيولوجية الأخرى. تمنع الببتيدات التي يتكون منها هذا الجل فيروسات مثل SARS-CoV-2، الذي يسبب مرض كوفيد-19، من الارتباط بالخلايا والدخول إليها. وللقيام بذلك، فإنها ترتبط بمستقبل محدد للعامل الممرض الغازي، وفي الوقت نفسه تتجمع لتشكل "قناعًا جزيئيًا" متعدد الطبقات يخفف من تأثيره.

وعلى مدار بحثهم، وجد الفريق أن القناع الجزيئي وحده يمنع العدوى. الميزة المحتملة لهذه التكنولوجيا الجديدة هي قدرتها على مكافحة مسببات الأمراض والطفرات المرضية المختلفة.

من المهم حماية الناس في المراحل المبكرة من تفشي المرض. ويمكن لآليتنا الجديدة أيضًا أن تساعد المستجيبين الأوائل في الخطوط الأمامية، والأفراد العسكريين الذين يواجهون مسببات الأمراض الجديدة، والأشخاص في المناطق النائية التي تعاني من نقص الخدمات، والأشخاص غير القادرين على تلقي اللقاحات.

فيفيك كومار، أستاذ مشارك في الهندسة الطبية الحيوية، معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا

الهدف على المدى القصير هو صنع رذاذ للأنف ضد الالتهابات المحمولة جوا.

وفي دراسة نشرت مؤخرا في المجلةالتواصل مع الطبيعةووصف الفريق كيفية ارتباط القناع بهدفه بطريقة غير محددة. وهو يتألف من الببتيدات المصممة حسابيًا (سلاسل الأحماض الأمينية التي تشكل البروتينات) والتي تتجمع ذاتيًا في الهلاميات المائية الليفية النانوية. وبالمقارنة، تستهدف الأجسام المضادة التي تنتجها اللقاحات مستقبلات محددة، مثل لقاحات mRNA التي تم تطويرها أثناء الوباء، والتي ترتبط ببروتينات معينة على ارتفاع SARS-CoV-2.

وجاء اكتشاف الفريق من الأبحاث التي أجريت في وقت مبكر من الوباء حول أساليب جديدة لمنع الفيروس من دخول الخلايا. تناول التصميم الأولي، الذي تضمن الببتيدات التي تستهدف ارتفاع SARS-CoV-2، مجالات محددة للغاية. ومع ذلك، فإن المواد الهلامية الببتيدية غير المحددة التي طوروها أيضًا شكلت أليافًا متعددة الطبقات على الفيروس. وافترضت المجموعة أن الشحنات السالبة في الألياف تتفاعل مع البروتينات المشحونة بشكل مختلف على سطح الفيروس، مما يؤدي إلى إخفائها ومنعها من التفاعل مع الخلايا الأصلية.

وفيما يتعلق بقناع البروتين غير المحدد، أشار كومار إلى أنه "يشكل بنية أكبر ويرتبط بشكل أفضل من جزيء واحد. وعلى الرغم من أنه لا يتمتع بخصوصية عالية، إلا أنه يمكن أن يتجمع ذاتيًا ويبقى على الهدف لفترة أطول ويشكل أليافًا". ملصق على السطح يعمل مثل الفيلكرو الجزيئي.

وأضاف: "الهدف سيكون استخدام عامل موضعي يرتبط بالفيروس. في حالة فيروس سارس-كوف-2، نقوم برشه في الأنف، وهو موقع رئيسي للعدوى، وربما حتى بشكل وقائي".

قام الفريق أولاً باختبار الألياف ضد مجموعة من الفيروسات باستخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية باستخدام بطاقات الرسومات NVIDIA القوية، والتي غالبًا ما تستخدم في الألعاب التنافسية. وقال جوزيف دود-أو، دكتوراه، إنهم أجروا فيما بعد اختبارات سلامة ناجحة على الفئران والجرذان باستخدام الحقن وبخاخات الأنف. طالب في مختبر كومار، الذي أجرى الكثير من الأبحاث حول العلاج مع أبهيشيك روي، وهو أيضًا طالب دراسات عليا. طالب. أدى العلاج إلى تثبيط متغيرات ألفا وأوميكرون لـ SARS-CoV-2 في المختبر واستمر لمدة يوم دون الإضرار بالحيوانات في الاختبارات على الجسم الحي.

قام كومار بتطوير الهلاميات المائية لمجموعة من التطبيقات العلاجية. آلية التوصيل الخاصة بها قابلة للتخصيص وتتكون من خيوط الببتيد الشبيهة بالليغو مع عامل نشط بيولوجيًا في أحد طرفيه ويمكنه البقاء لأسابيع وحتى أشهر في الجسم حيث تتحلل المواد الحيوية الأخرى بسرعة. تم تصميم روابطها ذاتية التنظيم لتكون أقوى من قوى التشتت في الجسم. ويشكل أليافًا مستقرة، دون ظهور علامات الالتهاب.

تم تصميم الهيدروجيل لتحفيز استجابات بيولوجية مختلفة اعتمادًا على الحمولة المرفقة. نشر مختبر كومار أبحاثًا حول تطبيقات تتراوح بين العلاجات لتعزيز أو منع تكوين شبكات أوعية دموية جديدة وتقليل الالتهاب ومكافحة الميكروبات.

وقال كومار: "في هذه الحالة، نستخدم الشحنات الكهربائية التي تتفاعل مع العامل الممرض لتدميره". "ما زلنا نحاول معرفة كيفية تفاعل الألياف: هل هذا أسلوب ميكانيكي للعمل؟ تتحور مسببات الأمراض المقاومة للأدوية حول المعدلات البيوكيميائية، ولكن هل من غير المرجح أن تتحور حول الرمح الميكانيكي؟ من خلال فهم هذا التفاعل الأساسي، هذا ما نريد القيام به." تعرف على كيفية استخدامه ضد الأمراض المختلفة.

وفي دراسات جديدة، يقوم المختبر باختبار العلاج ضد البكتيريا والفطريات المقاومة للأدوية.

يجلب أعضاء الفريق مجموعة متنوعة من الخبرات: تصميم الكمبيوتر في جامعة إلينوي شيكاغو؛ مهارات التحليل الحيوي في كلية جورجيا للتكنولوجيا وكلية بايلور للطب؛ درس علم الفيروسات في جامعة روتجرز؛ وتجربة النظام الأساسي والتحليل والمقايسة في NJIT.

ويتم تمويل أبحاثها من قبل المعاهد الوطنية للصحة، ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية، وهيئة التنمية الاقتصادية في نيوجيرسي.

مصادر: